V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Удивительная сила магнита
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Актуальность:
Летом 2017 года мы всей семьей ездили в замечательный город Казань в аквапарк «Ривьера», после веселого отдыха я решил купить себе в качестве сувенира два магнита, меня очень увлекла их таинственная сила притяжения друг к другу. Наблюдая этот процесс, я задумался, а можно ли самостоятельно в домашних условиях изготовить магнит? Для этого я решил как можно больше узнать о магните и его волшебной силе.
Гипотеза:
Я думаю, что магнит окружает некое поле, которое притягивает или отталкивает, или же не действует на предмет вовсе
Цель:
Изготовить магнит в домашних условиях.
Задачи:
Узнать о происхождении «МАГНИТА», что такое «МАГНИТ»
Узнать, что такое магнитное поле
Познакомится с его свойствами
Для чего нужен магнит, как его используют и где применяют
Провести ряд опытов с магнитом для выявлении его свойств
Изготовить магнит в домашних условиях
2. Теоретический обзор
- 2.1. История открытия
Первые залежи магнетита были обнаружены на территории современной Греции, в области Магнисия. Так и получилось название «магнит»: сокращение от «камень из Магнисии». Кстати, сама область называется по племени магнетов, а те, в свою очередь, берут своё имя у мифического героя Магнета, сына бога Зевса и Фии.
Конечно, такое прозаическое объяснение происхождения названия не удовлетворило людские умы. И была придумана легенда о пастухе по имени Магнус. (Рис.1)
(Рис.1)
Рассказывали, что он странствовал со своими овцами и вдруг обнаружил, что железный наконечник его посоха и гвозди в его башмаках прилипают к странному чёрному камню. Так был открыт магнит.
Китайцы дали поэтическое название естественному магниту – «любящий камень». Любящий камень (тшу-ши), - говорят китайцы, - притягивает железо, как нежная мать привлекает своих детей. Замечательно, что у французов – народа, живущего на противоположном конце материка, мы встречаем сходное название для магнита: французское слово «aimant» означает и «магнит», и «любящий»
Сила этой «любви» у естественных магнитов незначительна, и потому очень наивно звучит греческое название магнита – «геркулесов камень».
Интересный факт из истории магнитов. Прах пророка Магомета хранится в железном сундуке и находится в пещере с магнитным потолком, из-за чего сундук постоянно висит в воздухе без дополнительных опор. (Рис.2)
(Рис.2)
Правда, убедиться в этом может лишь правоверный мусульманин, совершающий паломничество в храм Каабы. А вот древние языческие жрецы частенько использовали этот приём для явления чуда.
2.2.Что такое магнит
Если говорить упрощенно, то магнит - это тело, которое умеет притягивать железо. Или: магнит - это объект, сделанный из определенного материала, который создает магнитное поле.
Магниты состоят из миллионов молекул, объединенных в группы, которые называются доменами. Каждый домен ведет себя как минеральный магнит, имеющий северный и южный полюс. При одинаковой направленности доменов их сила объединяется, образуя более крупный магнит. Железо имеет множество доменов, которые можно сориентировать в одном направлении, т.е. намагнитить. Домены в пластмассе, резине, дереве и остальных материалах находятся в беспорядочном состоянии, их магнитные поля разнонаправлены и потому эти материалы не могут намагничиваться.
Каждый магнит имеет, по крайней мере, один " северный " (N) и один " южный " (S) полюс. Ученые условились, что линии магнитного поля выходят из "северного" конца магнита и входят в "южный" конец магнита. (Рис.3)
Если взять кусок магнита и разломите его на два кусочка, каждый кусочек опять будет иметь "северный" и "южный" полюс. Если вы вновь разломите получившийся кусочек на две части, каждая часть опять будет иметь "северный" и "южный" полюс. Неважно, как малы будут образовавшиеся кусочки магнитов – каждый кусочек всегда будет иметь "северный" и "южный" полюс. Невозможно добиться, чтобы образовался магнитный монополь ("моно" означает один, монополь – один полюс), то есть кусок с одним полюсом.
Существуют три основных вида магнитов:
постоянные (природные) магниты;
временные магниты;
электромагниты.
Природные магниты, называемые магнитной рудой, образуются, когда руда, содержащая железо или окиси железа, охлаждается и намагничивается за счет земного магнетизма. Постоянные магниты обладают магнитным полем при отсутствии электрического тока, так как их домены постоянно ориентированы в одном направлении.
Временные магниты — это магниты, которые действуют как постоянные магниты только тогда, когда находятся в сильном магнитном поле, и теряют свой магнетизм, когда магнитное поле исчезает. В качестве примера можно привести скрепки и гвозди, а также другие изделия из «мягкого» железа.
Электромагниты представляют собой металлический сердечник с индукционной катушкой, по которой проходит электрический ток.
2.3. Что такое магнитное поле?
Магнитное поле – это область вокруг магнита, внутри которой ощущается воздействие магнита на внешние объекты.
Органы чувств человека не способны видеть магнитное поле, но вспомогательные устройства доказывают, что магнитное поле существует.
Насыпьте на бумагу железную стружку и посреди бумаги положите магнитный брусок. Стружка будет перемещаться, образовывая дуги вокруг полюсов магнита. Рисунок, который образует стружка - это рисунок линий магнитного поля магнитного бруска.(рис.4)
(рис.4) (Рас.5)
Нашу Землю окружает магнитное поле. (рис.5)
Так было всегда, во всяком случае, с момента возникновения Земли. И все, что находится на Земле, в том числе люди, животные и растения, подвергаются воздействию невидимых силовых линий этого поля. Но, в то же время, в теле человека имеется свое магнитное поле, возникающее вследствие протекания крови по сосудам. В разных органах оно может быть различно. В здоровом организме и в нормальных условиях имеется полное соответствие и взаимодействие внешнего и внутреннего магнитного полей.
Магнетизм столь же необходим всему живому, как вода, воздух, пища или солнечный свет. Свое воздействие на земной магнетизм оказывает Солнце.
2.4. Воздействие магнита на другие предметы
Нас заинтересовал вопрос, все ли притягивают магниты? Чтобы ответить на него мы провели такой опыт:
Взяли предметы из бумаги, металлов, пластмассы, стали и ткани разделили их на две группы: металлические и не металлические. Поднесли магнит по очереди к предметам первой группы.
Поднесли магнит по очереди к предметам второй группы.
Затем поднесли магнит к поверхности холодильника, шкафа, стене, оконному стеклу.
В результате установили: некоторые металлические предметы притягиваются к магниту, а некоторые не испытывают его притяжения; к некоторым поверхностям магнит притягивается сам, а к другим нет.
Это происходит потому, что магниты это куски железа или стали обладающие способностью притягивать предметы из железа, стали и металлов содержащих их в небольшом количестве.
Дерево, стекло, пластмасса, бумага ткань не реагируют на магнит. К железной поверхности больших размеров магнит притягивается сам, будучи более легким.
Вывод: магниты воздействуют на предметы из железа, стали и некоторых других металлов.
2.4.1 Подводный магнетизм
Изучая энциклопедическую литературу, мы узнали, что магниты используют под водой. Благодаря своей способности притягивать предметы под водой магниты используются при строительстве и ремонте подводных сооружений. С их помощью очень удобно закреплять и прокладывать кабель или держать под рукой инструмент.
Чтобы проверить так ли это, мы провели следующий опыт:
В кувшин с водой бросили скрепку.
Прислонили магнит к стенке кувшина на уровне скрепки. И после того, как она приблизилась к стенке кувшина, медленно двигали магнит по стенке вверх.
Скрепка перемещалась вместе с магнитом, пока не поднялась на поверхность. Это происходит потому, магнитная сила действует и сквозь стекло и сквозь воду.
Вывод: Таким образом, мы выяснили, что магнитная сила может проходить через предметы и вещества.
2.4.2 Сила разных магнитов
Нас заинтересовал вопрос: одинаковая ли сила у магнитов? Чтобы ответить на него мы взяли три магнита разных размеров и три одинаковых монеты.
Разложили на столе магниты в ряд, на расстоянии 10см друг от друга.
Положили на стол линейку и вплотную к ней разложили монетки, но на достаточном расстоянии от магнитов.
Потихоньку подталкивали линейку с монетами в сторону магнитов.
В результате одни монетки притягивались к магниту сразу же, другие только тогда, когда приближались к магнитам на близкое расстояние.
Это происходит потому, что магниты притягивают предметы на определенном расстоянии.
Вывод: Чем больше магнит, тем больше сила притяжения и тем больше расстояние, на котором магнит оказывает свое воздействие.
А можно ли изолировать магнит, можно ли воспрепятствовать действию магнитной силы?
Для того, что бы это проверить мы взяли лист бумаги, фольгу, полотенце и стальной предмет.
Обернули магнит в бумагу и проверили, притягивает ли он стальной предмет.
Обернули магнит в фольгу и проверили, притягивает ли он стальной предмет
Обернули магнит в несколько раз сложенное полотенце и проверили, притягивает ли он стальной предмет.
Вывод: установили, что магнит притягивает предмет через тонкий слой материала, но перестает притягивать, когда слой материала достигает определенной толщины.
Поэтому магнитная сила может быть нейтрализована, если магнит будет закрыт плотным слоем ненамагничивающегося материала.
2.5 Магнитные полюсы
Проводя все эти опыты, мы заметили, что два одинаковых магнита могут не только притягиваться, но и отталкиваться. Мы приблизили друг к другу сначала одинаковоокрашенные полюсы магнитов, потом разноокрашенные.
В результате этого установили, что полюсы одного цвета отталкиваются, а разного притягиваются. Это происходит потому, что полюсы каждого магнита имеют противоположные знаки (положительный и отрицательный). Полюсы противоположных знаков притягиваются; одинаковых – отталкиваются.
- 2.6 Роль магнита в жизни человека
Большие мощные магниты часто применяются человеком, но трудность состоит в перевозке. Во время пути магниты могут повредить другие объекты или объекты могут повредить магниты, из-за этого их сложно будет использовать. Поэтому удобнее привести материал и с помощью электрического тока создать магнит на месте.
Самый известный магнитный предмет это конечно компас. Ко́мпас.
Компас – устройство, облегчающее ориентирование на местности путём указания на магнитные полюса Земли и стороны света.
Так же существуют лечебные украшения, сейчас многие люди носят магнитные браслеты и бусы, которые помогают привести давление в норму.
В передаче «Галилео» был показан сюжет, что во время постройки стальные корпуса кораблей приобретают намагниченность за счет магнитного поля Земли и становятся, таким образом, гигантскими плавающими магнитами. Такая намагниченность совсем не безобидна, так как компасы корабля начинают неправильно указывать направление. Плавающие корабли-магниты могут притягивать железные предметы, среди них могут оказаться и мины.
С магнитами мы сталкиваемся каждый день. Они есть, например, в компьютерах: жесткий диск записывает всю информацию при помощи магнита, а так же магниты используют во многих мониторах.
Магниты также являются неотъемлемой частью телевизоров, акустических колонок, микрофонов, громкоговорителей, небольших моторчиков магнитофона, кассет электромоторов, электросчетчиков и автомобильных спидометров.
Магнит необходим для проведения тока по проводам. Поезда на магнитной подвеске развивают большую скорость.
Приборы, позволяющие докторам исследовать внутренние органы пациентов, работают за счет магнитного поля.
Моя бабушка пользуется магнитным прибором Алмаг 01.
Магниты также применяются в ветеринарной практике для лечения животных, которые часто вместе с кормом заглатывают металлические предметы. Эти предметы могут повредить стенки желудка, легкие или сердце животного. Поэтому перед кормлением фермеры с помощью магнита очищают пищу.
Еще любопытнее та полезная служба, которую несет магнит в сельском хозяйстве, помогая земледельцу очищать семена культурных растений от семян сорняков. Сорняки обладают ворсистыми семенами, цепляющимися за шерсть проходящих мимо животных и благодаря этому распространяющимися далеко от материнского растения. Этой особенностью сорняков, выработавшейся у них в течение миллионов лет борьбы за существование, воспользовалась сельскохозяйственная техника для того, чтобы отделить с помощью магнита шероховатые семена сорняков от гладких семян таких полезных растений, как лен, клевер, люцерна.
Если засоренные семена культурных растений обсыпать железным порошком, то крупинки железа плотно облепят семена сорняков, но не пристанут к гладким семенам полезных растений. Попадая затем в поле действия достаточно сильного электромагнита, смесь семян автоматически разделяется на чистые семена и на сорную примесь: магнит вылавливает из смеси все те семена, которые облеплены железными опилками.
Так же магниты довольно часто используются в детских игрушках.
Многие люди уже на практике убедились в действии магнитного поля, считают это будущим медицины. Магнитные браслеты, ожерелья, подушки и многие другие изделия лучше таблеток лечат разнообразные заболевания.
3.Практическая часть
В практической части мы решили, в домашних условиях изготовить магнит - для этого нам понадобилось:
1 батарейка
медная проволока
пластырь
ножницы
длинный гвоздь
скрепки (для примагничивания)
Итак, для начала мы берем длинный гвоздь и медную проволоку, оставив хвостик медной проволоки примерно 3-4 см начинаем наматывать проволоку на гвоздь
наматывать нужно таким образом, что бы не оставалось просветов, нам потребуется примерно 70-80 витков проволоки. Намотав достаточное количество витков, берем ножницы и обрезаем лишнюю проволоку. Делаем на кончиках проволоки петельки, для крепления с батарейкой.
Затем, берем батарейку и соединяем петельки проволоки к контактам батарейки,
фиксируем пластырем
Вот что у нас получилось
Для того, что бы проверить работает ли наш магнит, возьмем скрепки, подносим наш магнит к ним и посмотрим результат
Мы видим, что скрепки примагничиваются к нашему магниту!
4.Заключение
Изучив данную тему «Магниты» мы пришел к следующему: Благодаря своим чудесным свойствам магнит активно используется человеком в разных сферах своей деятельности. Порой люди даже не задумываются о том, что в повседневной жизни их окружают предметы, в состав которых входит магнит. Сила магнита сильно зависит от его формы, расположения полюсов магнита.
Проведенные нами опыты позволили нам сделать следующие выводы: Магнит воздействует на металлические предметы, он может притягивать предметы даже под водой. Так же магнит способен притягивать предметы на расстоянии. Благодаря этому свойству магниты используют в химических и медицинских лабораториях, сельхоз хозяйстве. Сила магнита зависит от его формы и размера, чем больше магнит, тем сильнее его магнитное поле, магниты одного полюса отталкиваются, а разных - притягиваются. Магнитные поля располагаются вокруг магнита в упорядоченном виде.
В связи с вышесказанным, делаю вывод, что моя гипотеза о том, что магнит окружает некое поле, подтвердилась.
В практической части мне очень помог папа, найдя в энциклопедии подробную инструкцию как изготовить магнита в домашних условиях, мы вместе принялись за работу, найдя необходимые вещи для изготовления магнита, мы принялись за дело и буквально через 20-30 минут у нас в руках был готовый магнит.
Благодаря папе поставленная цель достигнута.
- 5.Список литературы
- Большая книга научных опытов для детей и взрослых. Автор Мария Яковлева,
- Сергей Болушевский. Издат. Эксмо, 2012г.
- Все обо всем. Популярная энциклопедия для детей. Том 7 – Москва, 1994.
- Интернет (иллюстрации).
- Опыты и игры с магнитами с Татьяной Пироженко
- Я познаю мир: Детская энциклопедия: Физика / Сост. А.А. Леонович; ООО«Издательство АСТ-ЛТД», 1998. – 480 с.